Журнал магистров. Masters journal N 2

Значение температуры наружного воздуха и расход воды, подаваемой из подземных резервуаров в ШКУ, обеспечивающий подогрев воздуха до температуры 2,1 °С

*Расход воды, подаваемой из подземного резервуара в один ВНБ КЦКП-100.

**Расход воды, подаваемой из подземного резервуара в калориферную установку (состоит из 14 ВНБ КЦКП-100).

дится от подземных горных пород – неисчерпаемого источника энергии. Если температуры воды, подаваемой в калориферную установку, будет недостаточно для нагрева воздуха до требуемой температуры, либо она не успеет нагреться, система автоматизации подключит подачу с котельной установки. При этом будет наблюдаться значительная экономия природного газа, расходуемого на подогрев воздуха в калориферной установке.

Список литературы

1.Калинин Ю.Я., Дубинин А.Б. Нетрадиционные способы получения энергии. – Саратов, 1983. – 70 с.

2.Васильев Г.П. Геотермальные теплонасосные системы теплоснабжения и эффективность их применения в климатических условиях России //

Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение

истроительная теплофизика. – М., 2007. – № 5. – С. 2–12.

3.Pierce V. Introduction to Geothermal Power, First Edition. The English Press, 2011. – 105 p.

4.Renewable Energy Focus Handbook / ed. by P. Breeze, A.V. Da Rosa, Academic press, Elsevier, 2009. – 519 p.

5.Определение эффективности шахтного геотермального теплообменника / И.Р. Венгеров, В.К. Костенко, О.Э. Толкачев, С. Салехирадж // Про-

181

блеми екології: загальнодержавн. наук.-техн. журнал. – Донецьк, 2008. –

№1. – С. 12–17.

6.Останчук О.Н., Стеценко В.Ю., Пятышкин Г.Г. Использование петрогеотермальной энергии Земли // Проблеми екології: загальнодержав. наук.-

техн. журн. – Донецьк, 2008. – № 1. – С. 35–42.

7.Николаев А.В., Пьянков А.Ю. Автоматизированная ресурсосберегающая система подачи воды в калориферную установку шахты (рудника) // Научные исследования и инновации. – 2011. – Т. 5, № 4. – С. 60–63.

8.Специальные мероприятия по снижению температуры воздуха в руднике Гремячинского ГОК до нормативных показателей / ООО «ЕвроХимВолгаКалий». – Пермь – Котельниково, 2011. – 18 с.

9.Моисеенко У.И., Смыслов А.А. Температура земных недр. – Л.: Не-

дра, 1986. – 176 с.

10.Макаренко Ф.А., Поляк Б.Г., Смирнов Я.Б. Общие сведения о геотемпературном поле и методах его изучения // Тепловой режим недр СССР: сб.

тр. – М.: Наука, 1970. – С. 80–97.

Получено 30.06.2014

Николаев Александр Викторович – кандидат технических наук, до-

цент, ПНИПУ, ГНФ, e-mail: nikolaev0811@mail.ru.

Мифтахов Тимур Ринатович – студент, ПНИПУ, ГНФ, гр. ЭАПУ-09, e-mail: timick_90@mail.ru.

182

УДК 622.611

Н.В. Чекмасов, Д.И. Шишлянников, В.А. Романов, И.О. Гришина

N.V. Chekmasov, D.I. Shishlyannikov, V.A. Romanov, I.O. Grishina

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Perm National Research Polytechnic University

ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ ПРИВОДОВ ШАХТНЫХ САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ

STUDYING DRIVES LOADING OF MINE SHUTTLE CAR

Обобщены опытные данные об особенностях эксплуатации самоходных вагонов. Представлены результаты исследований работы приводов шахтных самоходных вагонов повышенной грузоподъемности ВС-30, применяемых на калийных рудниках ОАО «Уралкалий». Приведены технические решения и рекомендации для повышения эффективности их эксплуатации и совершенствования конструкции шахтных самоходных вагонов.

Skilled data are generalized for specifics of mine shuttle car operation. Research results are presented for mine shuttle car ВС-30 operation of increased loading capacity using on mines of OJC “Uralkali”. Lists the technical solutions and recommendations to improve the efficiency of their operation and improve the design.

Ключевые слова: шахтный самоходный вагон, нагруженность приводов, измерительнорегистрирующий комплекс, эффективность эксплуатации, транспорт.

Keywords: mine shuttle car, loading drives, measuring registering complex, operational efficiency, transport.

Для предприятий, осуществляющих добычу калийной руды подземным способом, актуальными остаются задачи повышения эффективности использования горно-шахтного оборудования, увеличения надежности и производительности машин, входящих в состав очистных комплексов, снижения себестоимости продукции при производстве калийных удобрений. Решение указанных задач возможно на основе результатов исследований величины и характера изменениянагрузокприводовдобычныхитранспортирующихмашин.

В настоящее время на калийных рудниках РФ наибольшее распространение получила камерная система разработки пластов с использованием механизированных комплексов, в состав которых входят проходческо-очистные комбайны, бункер-перегружатели и шахтные самоходные вагоны (ШСВ). Широко применяются ШСВ производства Управляющей горной машиностроительной компании «Рудгормаш» (г. Воронеж) 5ВС-15М и 10ВС-15.

183

Данные вагоны имеют грузоподъемность 15 т, двухосную компоновку (жесткое крепление заднего моста и балансирная подвеска переднего моста), оснащены двумя приводами хода, которые обеспечивают вращение левых и правых колес. Каждый привод хода состоит из трехскоростного асинхронного электродвигателя типа АВТ, редуктора с двумя выходными валами, системы карданных передач и стояночного тормоза.

Высокоманевренные двухосные ШСВ хорошо зарекомендовали себя при работе с комбайнами ПК-8М и «Урал-10А». Однако их производительность в 2–3 раза ниже технической производительности современных проходческоочистных комбайнов и определяется расстоянием доставки (таблица). Таким образом, эффективность использования механизированных комплексов ограничивается возможностями доставочных машин, осуществляющих транспортирование калийной руды из очистных камер [1].

Производительность доставки ШСВ, т/мин

С начала 2000-х гг. на рудники Верхнекамского калийного месторождения поставляются трехосные шахтные самоходные вагоны повышенной грузоподъемности ВС-30. Вагон представляет собой бункер-кузов со встроенным в его днище двухцепным скребковым конвейером, установленный на 6 пневмоколесах: два передних – поворотные, не ведущие; задние – приводные, неповоротные (рис. 1). Подвеска колес балансирная. Вагон комплектуется электрооборудованием на напряжение 660 или 1140 В.

Высокая грузоподъемность и энерговооруженность вагона позволяет увеличить производительность механизированного комплекса на 15–20 % [2]. Однако в ходе эксплуатации вагона ВС-30 выявлены недостатки, определяющие необходимость дальнейшего совершенствования конструкции и технологических схем работы ШСВ. Трехосная компоновка вагона обусловливает увеличение времени маневровых операций, возникают простои при разгрузке. По данным ремонтных служб горнодобывающих предприятий, низкими показателями надежности характеризуются электродвигатели ШСВ (до 30 % отказов), электрооборудование (до 35 % отказов), узлы ходовой части (до 25 % отказов). Ступенчатое регулирование частоты вращения электродвигателей не позволяет обеспечить быстрое и точное регулирование усилий и скорости механизмов, атакже соблюдение энергосберегающих режимов, что является на сегодняшний деньнеотъемлемымтребованиемвсехтехнологическихпроцессов[3].

184

Рис. 1. Вагон шахтный самоходный ВС-30: 1, 2 – двигатели приводныхколес; 3 – скребковаяцепьдонногоконвейера; 4 – бункер-кузов; 5 – маслостанция; 6 – привод маслостанции; 7 – кабина с рулевым управлением; 8 – кабельныйбарабан; 9 – приводконвейера

Повышение эффективности эксплуатации самоходных вагонов, совершенствование их конструкции возможно на основе результатов промышленных испытаний, включающих контроль технологического режима работы ШСВ, характера и уровня нагруженности электроприводов. Исследования нагруженности приводов шахтных самоходных вагонов ВС-30 проводились на руднике СКРУ-2 ОАО «Уралкалий» с использованием измерительнорегистрирующего комплекса «Ватур» (рис. 2), разработанного сотрудниками кафедры «Горные и нефтепромысловые машины» Пермского национального исследовательского политехнического университета совместно со специалистами ООО «Региональный канатный центр» (г. Пермь).

Всостав комплекса «Ватур» входят: процессорный блок, блок питания

икоммутации, токовые клещи, датчик напряжения, датчик угла наклона. Датчик напряжения преобразует входное напряжение до 1000 В в выходное напряжение в соотношении 1 В – 3 мВ. Посредством токовых клещей обеспечивается преобразование входного тока в выходное напряжение в соотношении 1 А – 1 мВ. По измеренным мгновенным значениям токов и напряже-

ний рассчитываются значения эффективного тока, напряжения активной и полной мощности исследуемых двигателей. Акселерометрический датчик угла наклона, установленный вдоль продольной оси вагона, реагирует на продольные динамические нагрузки (ускорения, замедления), а также показывает угол наклона вагона, соответствующий профилю трассы.

Визуализация и обработка полученных данных осуществляется с помощью программы «Ватур-оф». Графики изменения параметров работы электроприводов строятся по усредненным величинам, которые определяются путем вычисления в интервале 0,5 с среднего значения активной мощности по мгновенным значениям тока и напряжения, измеряемых с частотой, в 100 раз превышающей частоту питающей сети [4].

185

Рис. 2. Структурная схема комплекса «Ватур»

Профиль трассы камеры, в которой проводились испытания, на начальном участке (по направлению к забою) протяженностью около 50 м имел угол наклона 2–3º вверх, а затем плавно уменьшался до нулевого значения. Во второй половине камеры угол наклона изменялся в пределах 2–5º вниз. Протяженность трассы 140 м, объем горной массы в вагоне 24 т, средняя скорость движения 6,1 км/ч. Напряжение на зажимах магнитной станции, замеренное при отключенных приводах, 773 В. Исследовались параметры и режим работы ходовых двигателей, электродвигателей маслостанции и скребкового конвейера.

При трогании груженого вагона на первой скорости пусковая активная мощность, потребляемая четырьмя ходовыми двигателями, составляет 237 кВт, падение напряжения в силовой цепи 161 В (рис. 3). В начале равномерного движения на первой скорости (АВ) нагрузка на ходовые приводы при угле наклона трассы 1–2º составляет 54 кВт. По мере роста угла наклона трассы активная мощность, потребляемая ходовыми приводами, увеличивается до 126 кВт. Таким образом, при движении груженого самоходного вагона вверх под углом 4–5º на первой скорости ходовые двигатели работают с перегрузкой 43 %.

186

Рис. 3. Нагрузки ходовых приводов груженого вагона ВС-30: 1 – график линейного напряжения; 2 – график суммы активных трехфазных мощностей ходовых двигателей вагона; AB – трогание и движение вагона на первой скорости; ВС – движение вагона на второй скорости; CD – движение вагона на третьей скорости и остановка

Переход с первой скорости на вторую (ВС) сопровождается кратковременным увеличением активной мощности до 346 кВт и падением напряжения до 530 В. При угле наклона трассы 3–4º вниз нагрузка на ходовые двигатели составляет 142 кВт. При переходе на третью скорость (СD) пиковая нагрузка по амплитудепримернотакаяже, какипризапуске, ноболеепродолжительная.

Характер нагрузки ходовых электродвигателей зависит от траектории и динамики движения вагона. В период разгона груженого вагона и при переключении скоростей уровень нагружения ходовых двигателей превышает номинальные значения. При равномерном движении вагона значения активных мощностей остаются в пределах нормы.

Графики средних значений активной мощности, потребляемой электродвигателем конвейера, приведены на рис. 4. При разгрузке привод конвейера включался 9 раз, что обусловлено малой емкостью рудоспускного гезенка. При первом включении падение напряжения на зажимах магнитной станции составило 9 В, средняя потребляемая мощность – 35 кВт. Таким образом, при номинальной мощности электродвигателя конвейера 15 кВт в начальный период разгрузки привод работает с перегрузкой 133 %. Полная разгрузка вагона осуществляется в течение 4 мин.

Наибольшая нагрузка на электродвигателе маслостанции 14,2 кВт возникает в режиме намотки кабеля на барабан. При сматывании кабеля с барабана среднее значение активной мощности электродвигателя составляет 8,3 кВт. Однако наиболее неблагоприятный режим работы маслостанции возникает при неподвижном вагоне и неработающих гидроприводах. При таком режиме работы большая часть энергии, потребляемой электродвигателем, затрачивается на нагрев рабочей жидкости.

187

Рис. 4. Нагрузки привода конвейера самоходного вагона ВС-30:

1 – график линейного напряжения; 2 – график активной трехфазной мощности

Нагрузка на электродвигатель маслостанции вагона ВС-30:

Анализируя полученные данные, необходимо отметить следующее. Ходовые двигатели вагона и двигатель конвейера работают в повторнократковременном режиме с систематическими перегрузками. Ступенчатое изменение частоты вращения двигателей, осуществляемое переключением их обмоток, является морально устаревшим и неэффективным техническим решением, не позволяет обеспечить регулирование усилий на приводных валах основных механизмов. Увеличенное время разгрузки отбитой руды в гезенки и маневровых операций обусловливает снижение производительности вагонов и механизированного очистного комплекса в целом.

Повышение эффективности эксплуатации вагонов ВС-30 может быть обеспечено с помощью следующих технических решений. Улучшение условий работы электродвигателей, повышение маневренности трехосных вагонов возможно посредством использования частотно-регулируемого привода, обеспечивающего бесступенчатое изменение скорости, а также переключение приводов одного борта на более высокую скорость при поворотах. Для реализации такого способа управления необходимо внести изменения в электрооборудование вагона и выполнить проверочные кинематические расчеты при проектировании.

Также следует отметить, что в зарубежной практике шахтные самоходные вагоны грузоподъемностью до 30 т выпускаются двухосными. Данные вагоны по сравнению с трехосными имеют более высокую маневренность

188

и простую конструкцию. Целесообразно создание двухосных вагонов грузоподъемностью до 20–22 т. Ликвидация простоев при разгрузке вагонов ВС-30 возможна посредством увеличения пропускной способности или емкости рудоспускных гезенков.

Внедрение частотно-регулируемых электроприводов, а также использование бортовых измерительных систем, непрерывно регистрирующих величину и характер изменения нагрузок на приводных двигателях ШСВ, позволит осуществлять выбор рациональных режимных параметров, обеспечивать высокое качество и надежность технологических процессов. При накоплении достаточного объема информации о работе самоходных вагонов в различных условиях станет возможным посторение общей для разных условий работ нагрузочной диаграммы ходовых электродвигателей.

Список литературы

1.Лыхин П.А. О модели и проблемах калийного рудника будущего //

Рудник будущего. – 2010. – № 3. – С. 44–47.

2.Веденеев И.А. Новый самоходный вагон для ОАО «Уралкалий» // Горная промышленность. – 2005. – № 3. – С. 48–50.

3.Аникин А.С. Внедрение частотно-регулируемого асинхронного электропривода на шахтный самоходный вагон В15К // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Энергетика. – 2009. – № 15. – С. 67–71.

4.Исследование нагруженности и возможности прогнозирования энер-

горесурса приводов исполнительных органов комбайна «Урал-20Р» / Г.Д. Трифанов, А.А. Князев, Н.В. Чекмасов, Д.И. Шишлянников // Горное оборудование и электромеханика. – 2013. – № 2. – С. 41–44.

Получено 30.06.2014

Чекмасов Николай Васильевич – кандидат технических наук, доцент,

ПНИПУ, ГНФ, e-mail: mec@pstu.ru.

Шишлянников Дмитрий Игоревич – кандидат технических наук, до-

цент, ПНИПУ, ГНФ, e-mail: 4varjag@mail.ru.

Романов Вячеслав Александрович – студент, ПНИПУ, ГНФ, гр. ГМ-10, e-mail: romanovs06@mail.ru.

Гришина Ирина Олеговна – студент, ПНИПУ, ГНФ, гр. МОН-10, e-mail: wigro@bk.ru.

189